Dans le cadre de la transition vers des mobilités durables, le Vélo à Assistance Électrique (VAE) s'impose comme une solution incontournable. C'est dans ce cadre universitaire de BUT1 que j'ai conçu et mis en œuvre une carte électronique dédiée au contrôle d'un moteur à courant continu (MCC) à aimants permanents.

L'objectif : Élaborer un signal de commande précis permettant de modifier la vitesse de rotation du moteur de manière fluide, tout en optimisant l'énergie disponible au sein de la batterie.

La vitesse du moteur est directement liée à la tension moyenne appliquée à ses bornes. Pour faire varier cette tension sans pertes excessives, la solution technique retenue est le hacheur série (convertisseur Buck) fonctionnant en commande complémentaire à fréquence fixe.

En ouvrant et fermant un transistor MOSFET à haute fréquence, on module la largeur des impulsions du signal de commande (technique PWM). La tension moyenne dépend alors directement du rapport cyclique α.

Schéma électrique du hacheur série abaisseur

La génération de ce signal PWM repose sur le circuit intégré spécialisé SG3525. Pour garantir un fonctionnement silencieux et régulier, la fréquence de découpage a été fixée à 10 kHz.

Le calcul des composants externes s'est appuyé sur les spécifications temporelles du composant :

• Une fréquence de 10 kHz impose une période globale de 100 μs.
• Le temps de charge théorique du condensateur d'oscillateur est donc fixé à 50 μs.
• L'utilisation de l'abaque constructeur a permis de retenir le couple de composants : R_T = 70 kΩ et C_T = 1 nF.

Détermination des composants d'après l'abaque de l'oscillateur

Lors des essais à l'oscilloscope, nous avons observé une limitation structurelle du SG3525 : chacune de ses deux sorties (A et B) fonctionne en alternance et ne peut excéder un rapport cyclique maximal de 50%. Pour un vélo électrique, cela briderait le moteur à la moitié de sa puissance nominale.

La solution : L'ajout d'un montage sommateur externe composé de deux diodes de commutation (1N4148) et d'une résistance R₁₆ de 1 kΩ. Ce circuit réalise une fonction logique "OU" qui fusionne les impulsions déphasées des sorties A et B. Le signal résultant permet d'atteindre une plage de rapport cyclique complète allant de 0% à près de 100%.

STest de l'accéleration, plus on baisse la valeur de la résistance réglable, le moteur accélère

Ce projet met en évidence les bénéfices de l'électronique de puissance face aux méthodes de régulation traditionnelles :

Contrairement à un rhéostat ou à une résistance de réglage qui dissiperait l'excédent d'énergie sous forme de chaleur par effet Joule (entraînant surchauffe et usure prématurée), le hacheur fonctionne en tout-ou-rien. Le composant de commutation ne consomme presque rien lui-même, garantissant un rendement global très élevé qui maximise l'autonomie de la batterie du vélo.

🛠 Compétences Techniques (Hard Skills) :

• Modélisation de machines : Établissement des équations de fonctionnement en régime permanent et transitoire d'une MCC.
• Simulation assistée par ordinateur : Validation des chronogrammes PWM et des tensions modulantes sur le logiciel PSIM Demo.
• Câblage et instrumentation : Implantation sur platine d'essai et mesures de signaux de commande à l'oscilloscope numérique.
• Exploitation de documentations : Analyse de fiches techniques et exploitation d'abaques constructeurs.

🧠 Compétences Personnelles (Soft Skills) :

• Rigueur expérimentale : Vérification systématique des correspondances entre modèles simulés et relevés physiques.
• Gestion d'architectures complexes : Approche globale d'un système divisé en blocs (alimentation, commande, puissance, actionneur).
• Optimisation de ressources : Sensibilisation accrue aux enjeux d'efficacité énergétique et de rendement.